CN115207611A - 天线模块及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种天线模块及其电子装置。天线模块包括第一、第二、第三辐射体及接地辐射体。第一辐射体包括相连的第一段部及第二段部。第二辐射体连接于第一辐射体，且包括相连的第三段部及第四段部。第四段部包括一馈入端。第三辐射体连接于第二辐射体的第三段部。接地辐射体连接于第三辐射体。第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体及接地辐射体依序弯折地连接而呈现阶梯状，第一辐射体的第一段部与第二辐射体的第四段部共同耦合出低频频段，第一辐射体的第二段部、第二辐射体、第三辐射体与接地辐射体共同耦合出高频频段，借此可降低电子装置长宽的尺寸，而可在有限空间下能达到所需的频段。

Description

天线模块及电子装置
技术领域
本公开涉及一种天线模块及电子装置，尤其涉及一种立体天线模块及电子装置。
背景技术
目前，电子装置朝向轻薄化发展，设置于电子装置内的天线结构的空间受到限制，要如何能够在有限空间下还能耦合出需要的频段是本领域研究的方向。
发明内容
本公开的目的在于提供一种天线模块，其具有特殊的形状，而可在有限空间下还能耦合出所需的频段。
本公开的一种天线模块，包括一第一辐射体、一第二辐射体、一第三辐射体及一接地辐射体。第一辐射体包括相连的一第一段部及一第二段部。第二辐射体连接于第一辐射体，第二辐射体包括相连的一第三段部及一第四段部，其中第四段部包括一馈入端。第三辐射体连接于第二辐射体的第三段部。接地辐射体连接于第三辐射体，其中第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体及接地辐射体依序弯折地连接而呈现阶梯状，第一辐射体的第一段部与第二辐射体的第四段部共同耦合出一低频频段，第一辐射体的第二段部、第二辐射体、第三辐射体与接地辐射体共同耦合出一高频频段。
在本公开内容的一实施例中，第一辐射体的第一段部与第二辐射体的第四段部的长度为低频频段的1/4倍波长。
在本公开内容的一实施例中，第一辐射体的第二段部与第二辐射体的第四段部的长度为高频频段的1/4倍波长。
在本公开内容的一实施例中，第二辐射体、第三辐射体与接地辐射体的长度为高频频段的1/4倍至1/2倍波长。
在本公开内容的一实施例中，天线模块包括一风口，风口形成在第二辐射体与接地辐射体之间，且位于第三辐射体旁。
在本公开内容的一实施例中，接地辐射体包括连接第三辐射体的一第一边缘及从第一边缘往内凹陷的一凹口，凹口连通风口。
在本公开内容的一实施例中，所述的天线模块还包括一第一导通件，搭接于接地辐射体且往远离第三辐射体的方向延伸至一系统接地面。
在本公开内容的一实施例中，接地辐射体包括连接第三辐射体的一第一边缘及相邻于第一边缘的一第二边缘，第二边缘与馈入端位于相同侧，天线模块还包括一第二导通件，搭接接地辐射体的第二边缘以接地。
本公开的一种电子装置，包括一绝缘件、天线模块及一金属背盖。绝缘件具有阶梯状的一轮廓。天线模块沿着绝缘件的轮廓贴合地设置于绝缘件上。绝缘件与天线模块配置于金属背盖内。
在本公开内容的一实施例中，所述的电子装置还包括一显示面板，相对于金属背盖设置，绝缘件与天线模块位于显示面板外缘的一边框区，且天线模块的第一辐射体垂直于显示面板。
基于上述，通过第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体及接地辐射体依序弯折地连接而呈现阶梯状，本公开的天线模块可降低长宽的尺寸，而可适用于空间有限的环境中。此外，本公开的天线模块的第一辐射体的第一段部与第二辐射体的第四段部共同耦合出低频频段，第一辐射体的第二段部与第二辐射体的第四段部以及第二辐射体、第三辐射体及接地辐射体共同耦合出高频频段，而可在有限空间下能达到所需的频段。
附图说明
图1是依照本公开的一实施例的一种天线模块的示意图。
图2是依照本公开的一实施例的一种电子装置的示意图。
图3是图2的电子装置的两天线模块设置在绝缘件上的俯视示意图。
图4是图3的局部立体示意图。
图5是沿着图2的A-A’线段的剖面示意图。
图6是图3的两天线模块的频率-返回损失的关系图。
图7是图3的两天线模块的频率-隔离度的关系图。
图8是图1的电子装置上的两天线模块的频率-天线效率的关系图。
图9与图10分别是图1的电子装置的天线模块与平面天线在X-Y平面上低频与高频下的场型图。
附图标记如下：
A1～A4、B1、B2、G1～G3:位置
L1:长度
L2、L9:宽度
L5、L6、L7:尺寸
L3、L4、L8、L10:距离
X、Y、Z:坐标
10:电子装置
12:边框区
20:绝缘件
22:栓柱
30:金属背盖
32:开口
40:显示面板
50:系统接地面
60:前边框
70:平面天线
100:天线模块
110:第一辐射体
112:第一段部
114:第二段部
120:第二辐射体
122:第三段部
124:第四段部
126:定位孔
130:第三辐射体
140:接地辐射体
142:第一边缘
144:凹口
146:第二边缘
150:风口
160:第一导通件
162:第二导通件
165:同轴传输线
具体实施方式
图1是依照本公开的一实施例的一种天线模块的示意图。请参阅图1，在本实施例中，天线模块100为平面倒F型(Planar inverted-F antenna，PIFA)架构的天线。天线模块100包括一第一辐射体110、一第二辐射体120、一第三辐射体130及一接地辐射体140。第一辐射体110、第二辐射体120、第三辐射体130及接地辐射体140依序弯折地连接而呈现阶梯状。
第一辐射体110包括相连的一第一段部112及一第二段部114。在本实施例中，第一段部112与第二段部114共平面，第一段部112往图1的左上方延伸，第二段部114往图1的右下方延伸。
第二辐射体120弯折地连接于第一辐射体110的第一段部112与第二段部114之间(位置A2)。于本实施例中，第二辐射体120垂直连接于第一辐射体110的第一段部112与第二段部114之间(位置A2)。第二辐射体120包括一第三段部122及一第四段部124。在本实施例中，第三段部122与第四段部124共平面，第三段部122往图1的左上方水平地延伸，第四段部124往图1的右下方水平地延伸。第四段部124包括一馈入端(位置A1)。在本实施例中，馈入端(位置A1)电性连接至一同轴传输线165的信号正端。
第三辐射体130弯折地，例如垂直地，连接于第二辐射体120的第三段部122。接地辐射体140弯折地，例如垂直地，连接于第三辐射体130，接地端(位置G1)电性连接至同轴传输线的信号负端。
在本实施例中，天线模块100例如是以铁件一体成型制成，但不以此为限制，在其他实施例中，天线模块100也可以是形成在柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)上或是以激光雕刻(Laser Direct Structuring，LDS)制作在壳体上。
由图1可见，在本实施例中，第一辐射体110的长度L1约为27毫米。宽度L2约为1.9毫米。第一辐射体110与接地辐射体140之间的距离L3约为3毫米。第二辐射体120与接地辐射体140之间的距离L4约为1.1毫米。接地辐射体140的尺寸L5约为5毫米。当然，上述尺寸不以此为限制。
值得一提的是，在本实施例中，天线模块100制作时例如是将长、宽、厚约为27毫米、6毫米、0.3毫米的铁件(第一辐射体110、第二辐射体120及第三辐射体130)结合长、宽、厚约为8.5毫米、5毫米、0.3毫米的铁件(接地辐射体140)，并弯折成立体阶梯的形状，而可设置在长宽高分别为27毫米、3毫米、4.95毫米的空间内，由于阶梯状的天线模块100在宽度上的尺寸缩小，可设置在窄边框的平板装置内。当然，天线模块100应用的装置种类不以此为限制。
此外，在本实施例中，第一辐射体110的第一段部112与第二辐射体120的第四段部124(由位置A1～A3所形成的路径)共同耦合出一低频频段。低频频段例如是2400MHz至2484MHz(例如WiFi 2.4GHz)，但不以此为限制。在本实施例中，第一辐射体110的第一段部112与第二辐射体120的第四段部124(由位置A1～A3所形成的路径)的长度为低频频段的1/4倍波长。
第一辐射体110的第二段部114与第二辐射体120的第四段部124(由位置A1、A2、A3所形成的路径)以及第二辐射体120、第三辐射体130与接地辐射体140(由位置A1、B1、B2、G3、G2、G1所形成的路径)共同耦合出一高频频段。高频频段例如是5150MHz至5850MHz(例如WiFi 5GHz)，但不以此为限制。在本实施例中，第一辐射体110的第二段部114与第二辐射体120的第四段部124的长度为高频频段的1/4倍波长，且第二辐射体120、第三辐射体130与接地辐射体140(由位置A1、B1、B2、G3、G2、G1所形成的路径)的长度为高频频段的1/4倍至1/2倍波长。因此，天线模块100可在有限空间下能达到所需的频段。
图2是依照本公开的一实施例的一种电子装置的示意图。请参阅图2，在本实施例中，电子装置10例如是一窄边框的平板电脑，但不以此为限制。电子装置10包括两个图1的天线模块100，而具有多天线的架构。两天线模块100位于显示面板40外缘的一边框区12。两天线模块100之间的距离L8介于60毫米至80毫米之间，约为70毫米。
图3是图2的电子装置的两天线模块设置在绝缘件上的俯视示意图。请参阅图3，在本实施例中，两天线模块100设置在绝缘件20上。两天线模块100由于是相同的形状，可共用同一套模具，达到天线共用、节省成本的目标。两天线模块100分别焊接50毫米和150毫米的两同轴传输线165，通过两同轴传输线165连接到主机板(未示出)的模块卡(未示出)上。
图4是图3的局部立体示意图。请参阅图4，在本实施例中，绝缘件20具有阶梯状的一轮廓。天线模块100沿着绝缘件20的轮廓贴合地设置于绝缘件20上。在本实施例中，第二辐射体120包括一定位孔126，位于第三段部122与第四段部124之间。定位孔126可用来供例如是栓柱22等结构穿设而定位，以便将天线模块100固定于绝缘件20上。此外，天线模块100可以用热融的方式固定于塑胶的绝缘件20上，而有良好稳定的无线效能。
请参阅图5，图5是沿着图2的A-A’线段的剖面示意图。在本实施例中，电子装置10包括一绝缘件20、天线模块100、一金属背盖30、一显示面板40及一前边框60。
前边框60配置于显示面板40旁。在本实施例中，前边框60的宽度L9约为7.5毫米。金属背盖30配置于显示面板40与前边框60的下方。显示面板40相对于金属背盖30设置。天线模块100与绝缘件20位于显示面板40外缘的边框区12，且设置于前边框60与金属背盖30之间。
值得一提的是，由图5可见，在本实施例中，天线模块100的第一辐射体110垂直于显示面板40。由于平板装置的侧边需要进行电磁波能量比率(Specific Absorption Rate，简称SAR)测试，若天线模块100是平面的形式，其辐射场型会朝向图5所标示的Z方向(向右)，则较难达到测试标准。平面形式的天线若要符合SAR标准，往往需要降低天线发射功率。
在本实施例中，天线模块100呈阶梯状且天线模块100的第一辐射体110垂直于显示面板40，这样的设计可使辐射场型朝向图5所标示的Y方向(向上)。如此一来，设计者不需降低天线发射功率，电子装置10在图5的右侧处的SAR值便可符合标准，而具有较佳的效能。
另外，在本实施例中，天线模块100的第一辐射体110垂直地远离金属背盖30的设计可使天线在Y方向的辐射能量拥有全向性辐射的特性。
值得一提的是，请搭配图1与图5，在本实施例中，天线模块100还包括一风口150，风口150形成在第二辐射体120与接地辐射体140之间，且位于第三辐射体130旁。接地辐射体140包括连接第三辐射体130的一第一边缘142、邻近于第一边缘142的一第二边缘146及从第一边缘142往内凹陷的一凹口144，其中凹口144连通风口150。凹口144的长宽例如均是2毫米，但不以此为限制。风口150与凹口144用来使气流通过，以提升散热性。
如图5所示，在本实施例中，金属背盖30包括对应且连通于风口150的一开口32。一气流(如图4与图5的箭头)适于通过金属背盖30的开口32与天线模块100的风口150、凹口144而流入或流出于金属背盖30，而达到散热的效果。
再者，请回到图1，在本实施例中，天线模块100还包括一第一导通件160，搭接于接地辐射体140且往远离第三辐射体130的方向延伸至一系统接地面50。系统接地面50例如是主机板的裸铜区，但不以此为限制。第一导通件160在接地辐射体上方的部位的尺寸L6约为8.5毫米，第一导通件160在接地辐射体以外的部位的尺寸L7约为3毫米。第一导通件160例如是铝箔或铜箔，但不以此为限制。
天线模块100还包括一第二导通件162。接地辐射体140包括相邻于第一边缘142的一第二边缘146，第二边缘146靠近馈入端(位置A1)。第二导通件162搭接接地辐射体140的第二边缘146以接地，详细来说，第二导通件162搭接于接地辐射体140的第二边缘146且延伸至金属背盖30(标示于图5)。这样的设计可提升天线模块100在WiFi 2.4GHz和WiFi 5GHz的天线效能。第二导通件162例如是导电泡棉，但不以此为限制。
在本实施例中，第一导通件160及第二导通件162构成两电感式接地，增加天线接地的面积，使系统接地完整，可有效改善无线传输的系统的稳定度及无线传输效能。
图6是图3的两天线模块的频率-返回损失的关系图。请参阅图6，在本实施例中，两天线模块100的返回损失均可在-6dB(VSWR＝3)以下，而具有良好的表现。
图7是图3的两天线模块的频率-隔离度的关系图。请参阅图3与图7，在本实施例中，图3的两天线模块100之间的距离L8约为70毫米，隔离度可小于-15dB，甚至可接近-20dB，拥有不错的隔离度表现。
图8是图1的电子装置上的两天线模块的频率-天线效率的关系图。请参阅图8，两天线模块100的天线效率，无论在低频WiFi 2.4GHz和高频WiFi 5GHz的天线效率都可在-4.5dBi以上，而具有良好的表现。
请回到图2，在本实施例中，电子装置10除了两个图1的天线模块100之外，还可设置两平面天线70，而共同构成4x4 MIMO多天线技术的应用。两平面天线70位于两天线模块100的两侧，且平面天线70与天线模块100之间的距离L10为20毫米。平面天线70可印刷在电路板上且摊平地设置在边框区12。当然，在其他实施例中，两平面天线70也可被省略，或者，两平面天线70可被另外两个天线模块100取代。
图9与图10分别是图1的电子装置的天线模块与平面天线在X-Y平面上低频与高频下的场型图。请先参阅图9，在低频下(频率点在WiFi 2.4GHz处)，天线模块100在+Y方向具有更佳的辐射场型。请参阅图10，在高频下(频率点在WiFi 5GHz处)，天线模块100在+X和-X方向具有更佳的辐射场型。
综上所述，本公开的天线模块的第二辐射体弯折地连接于第一辐射体在第一段部与第二段部之间的部位，第二辐射体的第四段部包括馈入端。第三辐射体弯折地连接于第二辐射体的第三段部，接地辐射体弯折地连接于第三辐射体。第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体及接地辐射体依序弯折地连接而呈现阶梯状。通过上述设计，本公开的天线模块可降低长宽的尺寸，而可适用于空间有限的环境中。此外，第一辐射体的第一段部与第二辐射体的第四段部共同耦合出低频频段，第一辐射体的第二段部与第二辐射体的第四段部以及第二辐射体、第三辐射体及接地辐射体共同耦合出高频频段，而可在有限空间下能达到所需的频段。

Claims (10)

1.一种天线模块，其特征在于，包括：
一第一辐射体，包括相连的一第一段部及一第二段部；
一第二辐射体，连接于该第一辐射体，该第二辐射体包括相连的一第三段部及一第四段部，且该第四段部包括一馈入端；
一第三辐射体，连接于该第二辐射体的该第三段部；以及
一接地辐射体，连接于该第三辐射体，其中该第一辐射体、该第二辐射体、该第三辐射体及该接地辐射体依序弯折地连接而呈现阶梯状，该第一辐射体的该第一段部与该第二辐射体的该第四段部共同耦合出一低频频段，该第一辐射体的该第二段部、该第二辐射体、该第三辐射体与该接地辐射体共同耦合出一高频频段。
2.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该第一辐射体的该第一段部与该第二辐射体的该第四段部的长度为该低频频段的1/4倍波长。
3.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该第一辐射体的该第二段部与该第二辐射体的该第四段部的长度为该高频频段的1/4倍波长。
4.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该第二辐射体、该第三辐射体与该接地辐射体的长度为该高频频段的1/4倍至1/2倍波长。
5.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该天线模块包括一风口，该风口形成在该第二辐射体与该接地辐射体之间，且位于该第三辐射体旁。
6.如权利要求5所述的天线模块，其特征在于，该接地辐射体包括连接该第三辐射体的一第一边缘及从该第一边缘往内凹陷的一凹口，该凹口连通该风口。
7.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，还包括：
一第一导通件，搭接于该接地辐射体且往远离该第三辐射体的方向延伸至一系统接地面。
8.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该接地辐射体包括连接该第三辐射体的一第一边缘及相邻于该第一边缘的一第二边缘，该第二边缘与该馈入端位于相同侧，该天线模块还包括：
一第二导通件，搭接该接地辐射体的该第二边缘以接地。
9.一种电子装置，其特征在于，包括：
一绝缘件，具有阶梯状的一轮廓；
一如权利要求1至8中任一项所述的天线模块，沿着该绝缘件的该轮廓贴合地设置于该绝缘件上；以及
一金属背盖，该绝缘件与该天线模块配置于该金属背盖内。
10.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于，还包括：
一显示面板，相对于该金属背盖设置，该绝缘件与该天线模块位于该显示面板外缘的一边框区，且该天线模块的该第一辐射体垂直于该显示面板。
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